(57)【要約】【課題】不純物イオン注入時のシリコン基板からのシリコン原子の消失を補充する【解決手段】不純物のイオン注入Ｎ１を行うことにより、ゲート電極３の両側の半導体基板１に不純物イオン注入層４ａ、４ｂを形成した後、補充イオンのイオン注入Ｎ２を行うことにより、不純物イオン注入層４ａ、４ｂに補充イオン注入層５ａ、５ｂを形成し、半導体基板１の熱処理を行うことにより、半導体基板１を再結晶化させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された不純物イオン注入層と、
前記不純物イオン注入層に形成され、前記半導体基板から消失した元素を補充する補充イオン注入層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
シリコン基板と、
前記シリコン基板に形成された不純物イオン注入層と、
前記不純物イオン注入層に形成されたシリコンイオン注入層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記シリコンイオン注入層のシリコン濃度のピーク位置は、前記不純物イオン注入層の不純物濃度のピーク位置よりも浅いことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
不純物のイオン注入により、半導体基板に不純物イオン注入層を形成する工程と、
前記半導体基板の構成元素のイオン注入により、前記半導体基板から消失した元素を前記不純物イオン注入層に補充する工程と、
前記半導体基板の構成元素が補充された半導体基板の熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
不純物のイオン注入により、シリコン基板に不純物イオン注入層を形成する工程と、
シリコンのイオン注入により、前記シリコンから消失したシリコン元素を前記不純物イオン注入層に補充する工程と、
前記シリコン元素が補充されたシリコン基板の熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記シリコンのイオン注入時のエネルギーは１〜３０ｋｅＶの範囲、前記シリコンのイオン注入時のドーズ量は１０１１〜１０１４個／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、不純物のイオン注入工程に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置では、例えば、特許文献１に開示されているように、ＭｅＶ級の高エネルギーイオン注入後の熱処理において、残留２次欠陥の発生を抑制するため、不純物打ち込み時のエネルギーとは異なるレベルで希ガスイオンを追加打ち込みすることで、不純物イオン打ち込み層と基板表面との間に連続した非晶質層を形成することが行われている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３１８５５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリコン基板に不純物のイオン注入を行うと、不純物イオンによって、シリコン基板がスパッタリングされる。このため、従来の半導体装置では、シリコン結晶からシリコン原子が消失した空孔がシリコン基板に発生し、イオン注入後の熱処理において、横方向からのストレスがシリコン基板にかかる。
この結果、シリコン基板の再結晶化時にシリコン基板に結晶欠陥が発生し、リーク電流の発生を引き起こすという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、不純物イオン注入時のシリコン基板からのシリコン原子の消失を補充することが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、半導体基板と、前記半導体基板に形成された不純物イオン注入層と、前記不純物イオン注入層に形成され、前記半導体基板から消失した元素を補充する補充イオン注入層とを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、不純物イオン注入時にスパッタリング効果によって半導体基板から消失した元素を補充することができ、不純物イオン注入後の熱処理による半導体基板の再結晶化において、半導体基板の結晶構造を均一化することができる。
このため、横方向からのストレスが半導体基板にかかることを抑制することができ、半導体基板の結晶欠陥を低減することを可能として、リーク電流を低減することができる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、シリコン基板と、前記シリコン基板に形成された不純物イオン注入層と、前記不純物イオン注入層に形成されたシリコンイオン注入層とを備えることを特徴とする。
これにより、不純物イオン注入時にスパッタリング効果によってシリコン基板から消失したシリコン元素を補充することができ、不純物イオン注入後の熱処理によるシリコン基板の再結晶化において、シリコン基板の結晶構造を均一化することができる。このため、横方向からのストレスがシリコン基板にかかることを抑制することができ、シリコン基板の結晶欠陥を低減することを可能として、リーク電流を低減することができる。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記シリコンイオン注入層のシリコン濃度のピーク位置は、前記不純物イオン注入層の不純物濃度のピーク位置よりも浅いことを特徴とする。
これにより、不純物イオン注入時のシリコン元素の消失位置に対応させて、シリコンイオンをシリコン基板に効率よく注入することが可能となり、シリコン基板の熱処理を行うことで、シリコン基板の結晶構造を精度よく均一化することができる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、不純物のイオン注入により、半導体基板に不純物イオン注入層を形成する工程と、前記半導体基板の構成元素のイオン注入により、前記半導体基板から消失した元素を前記不純物イオン注入層に補充する工程と、前記半導体基板の構成元素が補充された半導体基板の熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、半導体基板の構成元素のイオン注入工程を追加することで、不純物イオン注入時にスパッタリング効果によって半導体基板から消失した元素を補充することができる。このため、不純物イオン注入後の熱処理による半導体基板の再結晶化において、半導体基板の結晶構造を均一化することができ、半導体基板の結晶欠陥を低減することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、不純物のイオン注入により、シリコン基板に不純物イオン注入層を形成する工程と、シリコンのイオン注入により、前記シリコンから消失したシリコン元素を前記不純物イオン注入層に補充する工程と、前記シリコン元素が補充されたシリコン基板の熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、シリコンのイオン注入工程を追加することで、不純物イオン注入時にスパッタリング効果によってシリコン基板から消失したシリコン元素を補充することができる。このため、不純物イオン注入後の熱処理によるシリコン基板の再結晶化において、シリコン基板の結晶構造を均一化することができ、シリコン基板の結晶欠陥を低減することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記シリコンのイオン注入時のエネルギーは１〜３０ｋｅＶの範囲、前記シリコンのイオン注入時のドーズ量は１０１１〜１０１４個／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする。
これにより、不純物イオン注入時のシリコン元素の消失位置および消失量に対に対応させて、シリコンイオンをシリコン基板に補充することが可能となり、シリコン基板の熱処理を行うことで、シリコン基板の結晶構造を精度よく均一化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００１６】
図１（ａ）において、半導体基板１には、ゲート絶縁膜２を介してゲート電極３が形成されている。なお、半導体基板１としては、Ｓｉ基板の他、例えば、ＳｉＧｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＰ基板などを用いることができる。
次に、図１（ｂ）に示すように、ゲート電極３をマスクとして、不純物のイオン注入Ｎ１を行うことにより、ゲート電極３の両側の半導体基板１に不純物イオン注入層４ａ、４ｂを形成する。なお、不純物イオン注入層４ａ、４ｂに含まれる不純物としては、例えば、Ａｓ、Ｐ、Ｂ、ＢＦ２、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇｅなどを用いることができる。
【００１７】
ここで、半導体基板１に不純物のイオン注入Ｎ１を行うと、半導体基板１のスパッタリングが行われる。このため、半導体基板１の構成元素が半導体基板１から消失し、半導体結晶内に空孔Ｋが生成される。なお、空孔Ｋは、イオン注入Ｎ１時の不純物の注入経路となる半導体基板１の表面側でより多く生成される。また、空孔Ｋは、イオン注入Ｎ１時の不純物濃度が濃い程多く生成される。
【００１８】
次に、図１（ｃ）に示すように、ゲート電極３をマスクとして、補充イオンのイオン注入Ｎ２を行うことにより、不純物イオン注入層４ａ、４ｂに補充イオン注入層５ａ、５ｂを形成する。ここで、補充イオンとしては、半導体基板１の構成元素を用いることができ、例えば、半導体基板１がシリコン基板の場合、シリコンイオンを用いることができる。
【００１９】
次に、図１（ｄ）に示すように、補充イオン注入層５ａ、５ｂが形成された半導体基板１の熱処理を行うことにより、半導体基板１を再結晶化させる。
これにより、不純物イオン注入時にスパッタリング効果によって半導体基板１から消失した元素を補充してから、半導体基板１の熱処理を行うことができ、半導体基板１の熱処理による半導体基板１の再結晶化において、半導体基板１の結晶構造を均一化することができる。このため、横方向からのストレスが半導体基板１にかかることを抑制することができ、半導体基板１の結晶欠陥を低減することを可能として、リーク電流を抑制することができる。
【００２０】
なお、補充イオン注入層５ａ、５ｂの補充イオン濃度のピーク位置は、不純物イオン注入層４ａ、４ｂの不純物濃度のピーク位置よりも浅いことが好ましい。例えば、半導体基板１がシリコン基板である場合、シリコンのイオン注入時のエネルギーは１〜３０ｋｅＶの範囲、シリコンのイオン注入時のドーズ量は１０１１〜１０１４個／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。また、シリコンイオンの注入角度は７°以下、角度ステップ数（注入角固定でのウェハの回転数）は８回以下であることが好ましい。
【００２１】
これにより、不純物イオン注入時のシリコン元素の消失位置および消失量に対に対応させて、シリコンイオンをシリコン基板に補充することが可能となり、シリコン基板の熱処理を行うことで、シリコン基板の結晶構造を精度よく均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
１  半導体基板、２  ゲート絶縁膜、３  ゲート電極、４ａ、４ｂ  不純物イオン注入層、５ａ、５ｂ  補充イオン注入層、Ｋ  空孔、Ｎ１  不純物イオン注入、Ｎ２  補充イオン注入
【図１】
2005019624.tif 000003